Xem mẫu
- NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BẢO
VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ
DỰA TRÊN KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ
Th.S Hoàng Xuân Trung
Trung Tâm Tin hoc & Ngoại Ngữ - Đại học Công nghệ và Quản lý Hữu Nghị
Email: trunghx@utm.edu.vn
Tóm tắt: Ngày nay phương pháp giấu thông tin trong các sản phẩm đa phương tiện
được dùng phổ biến vì ngoài vấn đề bảo mật còn bảo vệ bản quyền, chống nhân bản bất
hợp pháp, chống truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin… Bài báo
nghiên cứu về bảo vệ bản quyền ảnh số dựa trên kỹ thuật thủy vân số
Từ khóa: Thủy vân số, Mã hóa, Bảo mật, Giả mạo thông tin ...
1. Thủy vân số
Trước đây, một thủy vân được tạo bởi các vào trong tờ tiền và được sử dụng để xác định
hoa văn hoặc hình trạm trổ với độ trong suốt tờ tiền thật. Tượng tự như vậy, “thủy vân số”
nhất định. Khi đó, thủy vân thường là một biểu được sử dụng trong “ dữ liệu số đa phương
tượng hay hình ảnh có thể nhận biết bằng tiện” để kiểm tra tính xác thực nội dung nguyên
cách đưa ra ánh sáng để làm nổi thủy vân và mẫu của sản phẩm.
nội dung thông tin. Khi ngành công nghiệp số Như vậy, có thể định nghĩa, “thủy vân số”
ra đời, kỹ thuật thủy vân (watermarking) được là quá trình đó nhúng những dữ liệu vào một
nhắc tới như là việc thủy vân trên tín hiệu số. đối tượng đa phương tiện theo một cách nào
Trong đó, thủy vân số là tập các bit thông tin đó, để sau đó có thể phát hiện hoặc trích xuất
được nhúng vào một đối tượng nhằm xác thủy vân cho mục đích xác thực nguồn gốc
định thông tin về nguồn gốc hay thông tin về sản phẩm
các bản sao hợp lệ. Thao tác đưa thủy vân
vào trong một môi trường số được gọi là thủy Thủy vân là một phần đặc trưng của thông
vân số (watermarking). Thủy vân số được tin nhúng vào dữ liệu cần bảo vệ. Một yêu cầu
xem như là một hình thức của ẩn giấu tin quan trọng đối với thủy vân là rất khó để trích
(Steganography). xuất hoặc gỡ bỏ được nó từ đối tượng được
nhúng thủy vân nếu không biết chìa khóa bí
Một trong những ứng dụng tiêu biểu của mật.
thủy vân là ứng dụng trong phát hành tiền
2. Phân loại thủy vân
giấy. Trong đó, các họa tiết được nhúng chìm
TẠP CHÍ KHOA HỌC 13
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
- được nhúng thủy vân nếu không biết được thực hiện trong “miền không
chìa khóa bí mật. gian”. Một khả năng khác là thủy
Thủy vân và kỹ thuật thủy vân tùy theo “miền“miền
vân trong nhúng” là số”.
tần nơi chứa thủy
Trong vân Ví dụ, thủy
hình
từng tiêu chí phân loại mà có thể được chia vân có thể được thực hiện trong “miền không
thành nhiều loại khác nhau 2.1trình bàyMột
gian”. khái
khảquát
năngmột sốlàloại
khác thủy vân trong
“miền tần số”. Trong hình 2.1trình bày khái
a) Phân loại thủy vân theo miền nhúng: thủy vân khác nhau.
quát một số loại thủy vân khác nhau.
Một trong những tiêu chí để phân loại là
Hình 1. Các loại kĩ thuật thủy vân
b) Phân loại theo đối tượng được Kĩ thuật thủy vân có thể được
b) Phân loại theo đối tượng được nhúng + Thủy vân ẩn và hiện đồng thời.
nhúng thủy
thủy vân: vân: phân loại theo đối tượng đa phương
Thủy vân hiện hiển thị cho người xem
tiện cần
Kĩ thuật thủy vân có thể được phân loại nhúng
thông tin thủy vânphẩm
về sản như sau:
dưới dạng các hình
theo đối tượng đa phương tiện cần nhúng mờ.
thủy vân như sau: + Thủy vân trên ảnh.
Thủy vân ẩn bền vững được nhúng bằng
+ Thủy vân trên ảnh. cách thay đổi trên điểm ảnh sao cho hệ thống
cảm giác của con người không thể nhận thấy
+ Thủy vân trên video. và phải chịu được các thao tác xử lý tín hiệu
+ Thủy vân trên âm thanh. thông thường (được gọi là "tấn công") và nó
chỉ có thể được phục hồi với cơ chế giải mã
+ Thủy vân trên văn bản. thích hợp mà thôi. Thủy vân ẩn dễ vỡ được
c) Phân loại thủy vân theo cảm nhận của nhúng theo cách mà bất kỳ biến đổi hay giả
con người: mạo đều làm thay đổi hay phá hủy “thủy vân”.
Theo cảm nhận của con người, thủy vân Thủy vân đồng thời (dual watermark) là sự
có thể được chia làm ba loại khác nhau như kết hợp giữa “thủy vân” ẩn và “thủy vân” hiện.
sau: Xét theo tính bí mật thủy vân bền vững được
phân loại nhỏ hơn như sau:
+ Thủy vân hiện.
- Lược đồ “thủy vân” bí mật (private
+ Thủy vân ẩn bền vững và thủy vân ẩn watermarking scheme): Cần tới ảnh gốc để
dễ vỡ. trích xuất “thủy vân”. Có hai loại Lược đồ thủy
14 TẠP CHÍ KHOA HỌC
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
- vân bí mật: nhiên trong những lược đồ được đề xuất cho
đến nay chưa có Lược đồ nào đảm bảo được
Loại 1: yêu cầu cả ảnh bị biến đổi và ảnh tính chất trên.
gốc khi trích xuất “thủy vân”. Ảnh gốc được
sử dụng để tìm kiếm vị trí “thủy vân” trong bức 3. Một số ứng dụng của thủy vân
ảnh bị biến đổi.
a, Nhãn hiệu hàng hóa và vấn đề bản quyền
Loại 2: trong đó yêu cầu một bản sao của
“thủy vân” trong quá trình trích xuất và kiểm Bảo vệ nhãn hiệu sản phẩm chống hàng
tra, mới có thể biết được “thủy vân” có ở trong giả, hàng nhập lậu đã và đang là một thách
bức ảnh cần kiểm tra hay không. thức lớn trong công cuộc đấu tranh bảo vệ
thương hiệu bảo vệ người tiêu dùng. Sự gia
Trong cả hai loại trên khi trích xuất “thủy tăng của sự phức tạp của chuỗi cung ứng
vân” cần đòi hỏi có chìa khóa bí mật. Đối với trong nền kinh tế toàn cầu ngày nay làm cho
loại thứ nhất thì chìa khóa bí mật ở đây là bức việc chứng thực nguồn gốc sản phẩm ngày
ảnh gốc, còn đối với loại thứ hai chìa khóa bí càng khó khăn. Đồng thời, các sản phẩm từ
mật là dữ liệu bí mật được sử dụng để nhúng thuốc tây, quần áo, điện thoại di động, mỹ
vào bức ảnh (hay nói cách khác đó là “thủy phẩm đến cả thực phẩm ... đều bị làm giả, làm
vân”). nhái với trình độ ngày càng tinh vi khiến người
tiêu dùng khó phân biệt. Nạn hàng giả, hàng
- Lược đồ “thủy vân nửa bí mật” (semi- nhái đang vô cùng nhức nhối gây ra những
private watermarking): Không sử dụng ảnh vấn đề đặc biệt nghiêm trọng.
gốc trong quá trình xác định thủy vân. Tuy
nhiên, lược đồ này chỉ đưa ra thông tin có sự Bài toán cấp thiết đặt ra đó là người dùng
hiện diện của thủy vân hay không. làm thế nào để nhận diện được xuất xứ các
mặt hàng trên thị trường, phân biệt được sản
- Lược đồ “thủy vân” mù” (blind phẩm thật và giả. Có rất nhiều giải pháp đã
watermarking): Trong lược đồ này không yêu được áp dụng và một trong những giải pháp
cầu ảnh gốc lẫn thủy vân được nhúng trong thường được những nhà sản xuất sản phẩm
quá trình trích xuất thủy vân. sử dụng
chống sao chép, giả mạo. Những đặc Cácđóđặc
là sử dụng
trưng baocòn
hiện bì có
gọinhững
là đặc
- Lược đồ “thủy vân khoá công khai” trưng chống sao chép, giả mạo. Những đặc
trưng nàywatermarking):
(public-key có thể được chia
Cònthành
gọi làhai
“thủy các đặcnày
trưng trưng công
có thể khaichia
được với thành
ngườihai loại
vân” bất chính
đối xứng (asymmetric chính theo cảm nhận dựa trên thị giác.
loại theo cảm nhậnwatermarking).
dựa trên sử dụng.(hình ảnh và chú giải)
Trong lược đồ này, chìa khóa để tìm kiếm và Các đặc trưng hiện còn gọi là các đặc
thịxuất
trích giác.“thủy vân” được công khai với mọi trưng Các
công đặc
khai trưng ẩn sử
với người không thể ảnh
dụng.(hình
người trái ngược với thủy vân bí mật chìa và chú giải)
khóa để tìm kiếm và trích xuất thủy vân là chìa nhìn thấy bằng mắt thường hay còn
khóa bí mật. Biết được khóa công khai “khó” gọi làCác
cácđặc
đặc trưng
trưng ẩn không thể nhìn thấy
bí mật.
tính được khóa bí mật và khóa bí mật được bằng mắt thường hay còn gọi là các đặc trưng
sử dụng để nhúng và loại bỏ thủy vân. Tuy bí mật.
Hình 2. Một số phương pháp bảo vệ nhãn hiệu
TẠP CHÍ KHOA HỌC 15
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
Nhiều nhà sản xuất sản phẩm năng bắt giữ có dán tem chống hàng
đã thêm những đặc trưng hiện nhằm giả.
- Nhiều nhà sản xuất sản phẩm đã thêm kỹ thuật thủy vân số làm cho quá trình chứng
những đặc trưng hiện nhằm bảo vệ bao bì thực sản phẩm hàng hóa trở nên dễ dàng
sản phẩm của họ. Các đặc trưng đó bao gồm hơn, và tạo ra một chiều hướng mới cho việc
hình ảnh ba chiều, dập nổi, hoa văn, mã vạch bảo vệ nhãn hiệu quảng cáo và bao bì sản
hai chiều hay sử dụng các loại mực in đặc phẩm, bảo vệ nhãn hiệu quảng cáo.
biệt. Tuy nhiên, đặc trưng trên yêu cầu người
dùng phải Quảng bá thương hiệu sản phẩm là một
nghệđược
số ngàyđào nay,
tạo mới có nhậncáo
để quảng biếtsản
và sử dụng.
bước Tuy trong
quan trọng nhiên, kẻdoanh.
kinh xấu có thể thởi
Trong
chứng thực sản phẩm hiệu quả. Ngược lại,
nếu cácphẩmđặc nhà
trưng sản
bảo xuất, ngưởi
vệ có thể nhìnkinh
thấy đạilàm
côngsainghệ số ngày
lệch thôngnay,
tinđểquảng
quảng cáo
cáo sản
thì hiển nhiên kẻ xấu sẽ tìm mọi biện pháp để phẩm nhà sản xuất, ngưởi kinh doanh thường
doanh
tấn công. Trênthường
thực tế,tạo một bức
kỹ thuật ảnh về
làm hàng giả bằng
tạo một việc
bức chỉnh
ảnh vềsửasảnbức
phẩmảnhcủa
quảng
mình và
tinh visản
tới mức ngay cả những loại tem chống đưa nó lên nhiều trang web để quảng bá
phẩm của mình và đưa nó lên cáosảnhay
cho phẩmthaycủađổi thông
mình. cáosản
Để biết bảnphẩm
hàng giả cũng đã bị làm giả, đã có nhiều loại
do đơn vị nào sản xuất và quảng cáo thì một
nhiều
hàng giả trang
bị cơ quanweb
chứcđểnăng
quảngbắtbá cho
giữ có sản
dán quyền. Để giải quyết vấn đề này một
tem chống hàng giả. thông cáo bản quyền “© 2011 Corporation X”
phẩm của mình. Để biết sản phẩm kỹ thuật
Thường đượckết sử
hợpdụng.
thủyTuy
vânnhiên,
ẩn và kẻ
thủy
xấu có
b, Ý tưởng và mô hình bảo vệ nhãn hiệu thể làm sai lệch thông tin quảng cáo bằng việc
dovân
với thủy đơnsốvị nào sản xuất và quảng cáo vân sửa
chỉnh hiệnbứcđược
ảnh sử dụng,
quảng cáotrong đó đổi
hay thay
thông cáo bản quyền. Để giải quyết vấn đề
thìthực
Xác mộttrực
thông
tuyếncáo bảnphát
Với sự quyền
triển “©
của thủy vân hiện dung để xác định
này một kỹ thuật kết hợp thủy vân ẩn và thủy
mạng Internet, các loại điện thoại thông minh
2011 Corporation X” Thường được
(Smart Phone) và cùng với sự phát triển của
nguồn
vân hiện gốc sảnsửphẩm
được dụng, trong đó thủy vân
hiện dung để xác định nguồn gốc sản phẩm
Hình 3. Sơ đồ bảo vệ hình ảnh quảng cáo trực tuyến
Theo sơ đồ trên, ảnh qua quá quảng cáo sẽ gửi yêu cầu xác thực
Theo sơ đồ trên, ảnh qua quá trình thu vân sẽ được nhúng trước khi đăng tải bức ảnh
trìnhtừthu
nhận ảnh nhận
các thiếtảnh từ các
bị như máythiết bị như
quét, máy thông
trên tin trên
các trang web.server củadùng
Khi người nhàquan
sản tâm
ảnh số…
máysẽquét,
đượcmáy
chỉnhảnh
sửa số…
tạo rasẽ
bức ảnh
được tớixuất,
một sản
hayphẩm
trungmuốn
tâm xác thực
kiểm thông
soát việctin về
cho sản phẩm cần quảng cáo. Sau đó thủy quảng cáo sẽ gửi yêu cầu xác thực thông tin
chỉnh sửa tạo ra bức ảnh cho sản đăng kí nhãn hiệu. Server sẽ tiến
16 TẠP CHÍ KHOA HỌC
phẩm
QUẢN cần
LÝ VÀquảng cáo. Sau đó thủy
CÔNG NGHỆ hành trích xuất thủy vân đối sánh và
vân sẽ được nhúng trước khi đăng trả về thông tin cho người sử dụng.
- trên server của nhà sản xuất, hay trung tâm sẽ được trộn để đảm bảo việc nhúng thủy
kiểm soát việc đăng kí nhãn hiệu. Server sẽ vân chống được việc lấy mẫu lại và cải thiện
tiến hành trích xuất thủy vân đối sánh và trả tính bền vững. Kỹ thuật trộn ảnh sử dụng
về thông tin cho người sử dụng. một số thuật toán nhằm xáo trộn từng điểm
ảnh trong hình ảnh, nhưng tổng số điểm là
c, Tiền xử lý thủy vân không thay đổi. Bởi vì trộn ảnh thủy vân có
Vấn đề đặt ra đầu tiên đối với hệ thống thể loại bỏ khoảng cách tương đối giữa các
thuỷ vân đó là định dạng của thủy vân, nghĩa điểm ảnh nên sẽ làm tăng tính bền vững của
là thông tin gì sẽ được giấu vào bên trong ảnh thủy vân chống lại thao tác lấy mẫu. Sau khi
nhãn hiệu? Kiểu thuỷ ấn hay được sử dụng thủy vân được xử lý bằng thuật toán trộn,
nhất là chuỗi các kỹ tự mã ASCII, được nhúng ngay cả khi kẻ tấn công phát hiện được thủy
trực tiếp lên ảnh mang những thông tin như vân thì cũng không thể khôi phục được thủy
tác giả, tiêu đề hay ngày tháng…Tuy nhiên, vân gốc nếu không biết về khóa và thuật toán
chuỗi kí tự mã ASCII lại bị một hạn chế đó là trộn. Bằng cách này, tính bí mật mờ và sự an
mỗi kỹ tự biểu diễn bằng nhiều bít nếu như toàn của thủy vân được tăng cường. Trong
vì một lí do nào đó một bít bị lỗi thì sẽ làm Lược đồ thủy vân dưới đây, thuật toán trộn
sai cả kí tự và do đó chỉ cần một phép biến Arnold được chọn làm phương pháp tiền xử
đổi đơn giản cũng có thể làm cho thuỷ ấn bị lý cho tín hiệu thủy vân, đây là thuật toán đơn
sai lệch rất nhiều. Chúng ta cũng có thể sử giản và theo chu kỳ. Biến đổi Arnold là một
dụng thủy vân dạng ảnh, khi đó ta sẽ có ảnh phương pháp biến đổi tốt theo lý thuyết, được
giấu trong ảnh. Khi trích xuất thủy vân trên gọi là ánh xạ Arnold (Arnold mapping). Biến
ảnh đã bị biến đổi, thì một số điểm ảnh có thể đổi Arnold được đề xuất bởi tác giả V.I.Arnold
sai nhưng hình tổng thể của thủy vân vẫn sẽ trong nghiên cứu lý thuyết tiến trình ngẫu
được giữ nguyên. nhiên trong vật lý.
Như vậy, khả năng khôi phục của thủy vân - Lược đồ thủy vân
dạng ảnh có tốt hơn nhiều hơn so với thủy vân Một thông tin mang ý nghĩa về quyền sở
ấn ký tự, nên hệ thống thủy vân sẽ sử dụng hữu sản phẩm dưới dạng ảnh sẽ được xáo
thông tin nhúng dưới dạng ảnh số. Vấn đề đặt trộn sử dụng thuật toán trộn được trình bày
ra tiếp theo là phương pháp nào sẽ được sử như trên, sau đó được nhúng dưới dạng một
dụng để đảm bảo tính bí mật của thủy vân chuỗi giả ngẫu nhiên (pseudo random) vào
ngay cả khi kỹ thuật thủy vân bị phát hiện. ảnh nhãn hiệu sản phẩm. Trong quá trình
- Kỹ thuật trộn Arnold nhúng thông tin, kỹ thuật thủy vân trong miền
tần số được sử dụng (biến đổi DWT, DCT,
Để khắc phục nhược điểm của phương DFT…) để đảm bảo tính bền vững cao của
pháp mã hóa thủy vân thì trước tiên thủy vân thủy vân. Cụ thể theo sơ đồ sau:
TẠP CHÍ KHOA HỌC 17
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
- về quyền sở hữu sản phẩm dưới
Hình 4. Sơ đồ khối quá trình nhúng và (b) trích xuất, xác thực thủy vân
4. Đánh giá chung về phương pháp bảo pháp lý cho ảnh số, bảo vệ nhãn hiệu sản
vệ bản quyền hình ảnh phẩm, tăng tính bảo mật cho thẻ thông minh
và bảo vệ bản quyền bản đồ số. Bên cạnh đó,
a, Ưu điểm việc tìm hiểu kỹ thuật thủy vân trên ảnh số
Bài báo tập trung tìm hiểu các đặc trưng cũng hỗ trợ làm tăng mức độ an toàn trong
ảnh số và những vấn đề trong bảo vệ bản lĩnh vực giấu tin bằng việc kết hợp nhiều kỹ
quyền ảnh số. Đồng thời, bài báo cũng nghiên thuật như trộn ảnh, mã hóa…
cứu, tìm hiểu và đánh giá một số kỹ thuật thủy b, Nhược điểm
vân trên ảnh, tập trung chủ yếu vào các kỹ
thuật thủy vân bền vững, tính ẩn và cho phép Tuy nhiên thời gian thực tế là khoảng thời
trích xuất thủy vân mà không cần tới ảnh gốc. gian chưa đủ dài để em vừa tham gia thực tế
Các kỹ thuật thủy vân trong miền không gian và hoàn thiện một sản phẩm ứng dụng hoàn
và trong miền tần số dựa các phép biến đổi chỉnh được. Vì vậy trong quá trình thực hiện
DCT, DFT, DWT và lược đồ thủy vân kết hợp. đề tài vẫn còn gặp một vài sai sót trong quá
Từ đó làm cơ sở để ứng dụng giải quyết một trình phân tích cũng như xây dựng chương
số vấn đề trong thực tiễn như: nâng cao tính trình. Mong rằng, đề tài này sẽ nhận được sư
18 TẠP CHÍ KHOA HỌC
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
- quan tâm góp ý của các Thầy, Cô giáo và các TÀI LIỆU THAM KHẢO:
bạn để đề tài được phát triển tốt hơn và giúp
bản thân em có nhiều kiến thức vững chắc [1] S. H. Low, N.F. Maxemchuk,
hơn. A.M.Lapone , “ Document Identification for
Copyright Protection Using Centroid Detection
5. Kết luận on Communication” , Vol. 46, No.3,372-383.
Bài báo cũng nghiên cứu, tìm hiểu và [2] Kang, H., “A vector watermarking
đánh giá một số kỹ thuật thủy vân trên ảnh, using the generalized square mask” , Proc.of
tập trung chủ yếu vào các kỹ thuật thủy vân the International Conference on Information
bền vững, tính ẩn và cho phép trích xuất thủy Technology: Coding and Computing, Las
vân mà không cần tới ảnh gốc. Các kỹ thuật Vegas, NV, USA, pp.234-236.
thủy vân trong miền không gian và trong miền
tần số dựa các phép biến đổi DCT, DFT, DWT [3] Artech House, computer security
và lược đồ thủy vân kết hợp. Từ đó làm cơ sở series, “ Information Hiding Techniques for
để ứng dụng giải quyết một số vấn đề trong Steganography and Digital Watermarking”
thực tiễn như: nâng cao tính pháp lý cho ảnh , nhà xuất bản stefan katzenbeisser,
số, bảo vệ nhãn hiệu sản phẩm, tăng tính bảo FabienA.P.petitcolas.
mật cho thẻ thông minh và bảo vệ bản quyền
bản đồ số. Bên cạnh đó, việc tìm hiểu kỹ thuật
thủy vân trên ảnh số cũng hỗ trợ làm tăng
mức độ an toàn trong lĩnh vực giấu tin bằng
việc kết hợp nhiều kỹ thuật như trộn ảnh, mã
hóa…bù đắp cho những hạn chế của kỹ thuật
thủy vân.
TẠP CHÍ KHOA HỌC 19
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
nguon tai.lieu . vn
